[發明專利]一種時間調制陣列非圓信號測向方法

在審

• 申請號: 202211201661.1
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN115575886A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 汪躍先;殷永泰;王伶;韓闖;宮延云;陶明亮;謝堅;張兆林;楊欣;粟嘉
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14;G06F17/14;G06F17/16
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種時間調制陣列非圓信號測向方法，包括：建立非圓信號下的時間調制陣列接收信號模型；針對時間調制引起的非均勻噪聲問題，通過對時間調制序列的理論分析，對噪聲進行預白化處理；將信號協方差矩陣與信號共軛協方差矩陣在雙四元數的多維域進行數據組合，利用信號子空間的正交性構造測向適應度函數；對測向適應度函數進行數值分析，實現信號來向參數與非圓相位參數的解耦，在分析得到的測向適應度函數的理論下界指導下，構造得到利用時間調制陣列的基于雙四元數的非圓信號DOA估計器。本發明達到了時間調制陣列下，針對非圓信號的測向問題，基于雙四元數實現陣列測向自由度和虛擬陣列孔徑的提升，進而實現提高測向精度和分辨率的目的。

技術領域

本發明屬于信號處理領域的一種信號到達方向(Direction of Arrival,DOA)估計技術，具體涉及時間調制陣列非圓信號測向方法。

背景技術

陣列信號處理是信號處理領域的一個重要分支，作為陣列信號處理中一個主要的研究方向，信號到達方向估計(亦稱為測向)廣泛應用于通信、聲納、雷達、勘探、射電天文等眾多領域。對于現有的測向方法，其系統實現的成本與測向性能之間存在嚴重的制約關系。為了在測向性能和實現成本之間實現較好的權衡，時間調制陣列被引入到測向系統中來擺脫上述困境。

目前，利用時間調制陣列進行測向的研究大多基于“入射信號為復圓信號”的假設進行。在實際的移動通信場景下存在很多非圓信號，如調幅(AM)、脈沖調幅(PAM)、二進制相移鍵控(BPSK)信號等。通過在測向系統中考慮非圓信號的特性，可以有效地擴大陣列孔徑從而獲得更好的分辨率。近年來有學者提出了在四元數或雙四元數框架下利用非圓信號特性進行測向實現的方法，其在非圓信號的基礎上利用超復數域(四元數、雙四元數)數據之間更強的正交性，有效提高了測向的準確性和穩健性。由于陣列結構的變化，已有的針對非圓信號測向的算法不再適用于時間調制陣列，因此如何設計一種時間調制陣列非圓信號測向方法成為了一個非常值得研究的問題。

發明內容

要解決的技術問題

為了解決時間調制陣列下，需要估計的信號源數目大于陣元數目時，已有的測向算法無法有效進行測向的問題，本發明提供一種時間調制陣列非圓信號測向方法。其具有信源數目大于陣元數目條件下的測向能力，且相較于已有算法顯著提高了測向精度與測向分辨率。

技術方案

一種時間調制陣列非圓信號測向方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：建立非圓信號下的時間調制陣列接收信號模型；

步驟2：針對時間調制引起的非均勻噪聲問題，通過對時間調制序列的理論分析，對噪聲進行預白化處理；

步驟3：將信號協方差矩陣與信號共軛協方差矩陣在雙四元數的多維域進行數據組合，利用信號子空間的正交性構造測向適應度函數；

步驟4：對測向適應度函數進行數值分析，實現信號來向參數與非圓相位參數的解耦，在分析得到的測向適應度函數的理論下界指導下，構造得到利用時間調制陣列的基于雙四元數的非圓信號DOA估計器。

本發明進一步的技術方案：步驟1所述的非圓信號下的時間調制陣列接收信號模型建立過程如下：

假設具有相同載頻f₀的遠場不相關窄帶非圓信號入射到基于時間調制陣列的測向系統中；由于高速射頻開關的影響，通過單刀多擲開關的信號可寫為

其中s_k(t)表示從θ_k方向入射的第k個信號，β和d分別代表波數和陣元間距，n_m(t)是方差為σ²的零均值圓高斯白噪聲，U_m(t)是第m個陣元上的時間調制函數，可以表示為